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金属板材矫平机的作用
作者:德国阿库机械制造有限公司
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压力机, 空气锤, 锻压机床, 单柱液压机, 四柱液压机, ...
随着金属板金工业的发展,板材质量需要适应目前钢材短缺和高强度钢使用量增加所带来的矛盾。由于钢材的短缺,钣金加工企业往往得不到他们要求的材料品质,因此需要将材料进行矫平,以进一步改善材料的质量。而对于高强度的板材(主要针对的是汽车工业的需求),要想获得良好的平面度就需要更高的矫平压力和更新的矫平理念。

矫平机可提高金属板材的质量

要理解“为什么矫平机可提高金属板材的质量”这个概念,首先要解释一下矫平技术。矫平机是用来校正卷材和板材缺陷的精密机械。冷轧材料中的缺陷有纵向卷曲(Coil Set)、横向翘曲(crossbow)、扭曲(twist)和边缘镰刀弯(Edge Camber)现象。在卷制带料时,会引发纵向卷曲(Coil Set)和横向翘曲(crossbow)缺陷。卷料的内表面相对于未卷制材料的外表面产生一个纵向延伸。此纵向延伸会引起材料横向收缩,从而产生横向翘曲(crossbow)。在较宽的材料上其缺陷具体表现为波浪边、卷材裂痕和中心凹凸。波浪边和中心凹凸多发生在宽而薄的材料上。在带料冷轧的过程中,轧机的缺陷也会引起材料横截面上某部份的厚度比其他地方低。因此,材料较薄的部分稍长于较厚部分,这使得在较长的区域产生波浪。

通过矫平技术去除材料的应力

为了去除材料中的应力,要对板材进行矫平。轧辊矫平的基本原理是使材料各部份有选择性的延伸。在材料屈服点以下,使板材“纤维” 较短的部分按比例伸长,以获得一致的“纤维”长度。它的实现是使材料在通过矫平机床时以较小的曲率半径作循环往复的上下弯曲,使较短的材料“纤维”拉长。当板料朝矫平机床出口方向运动时,上下弯曲的幅度逐渐减小,以消除在机床矫平入口处因剧烈的弯曲所引起的材料变形(图1)。当材料上所有的“纤维”长度几乎一样时,板材就平直了,或说“被矫平了”。

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图1 四重轧辊式精密矫平机的结构示意简图

为获得满意的矫平效果,最重要的是根据所要完成的加工任务选择合适的矫平机床。大多数情况下,需要矫平的板材是从卷料处理开始的,矫平机在整个材料处理生产线上是很重要的组成部分。最简单的机床就是平整机(Flattener),其矫平辊数量少,直径大,无任何支撑辊。但是要获得较高的平面度,小直径的矫平辊,较小的轧辊间距及支撑辊对矫平辊良好的支撑是必不可少的。因此,简单的平整机无法对材料产生所需的足够变形,不能实现好的平面度,因此没有被广泛使用。

目前,国外市场上主要有三种矫平机床被广泛使用:普通矫平机、精密矫平机和高性能矫平机。这三种矫平机在结构设计上都采用了具有良好支撑的矫平辊,较小的矫平辊间距及可调整的工作台。矫平辊的驱动系统对于矫平机床的工作效率非常重要,所有矫平辊都须被驱动。

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图2 卷料处理送料线上的精密矫平机,矫平精度高,确保生产的稳定

三种机床的基本应用

普通矫平机有7~9个矫平辊,且矫平辊直径较大。它们主要用在冲压生产线的送料线上(图2)。虽然送料线只占整个冲压生产线投资的一小部份,然而没有可靠的卷料处理送料线,也就无法实现大批量生产的经济性。提高生产效率、减少整个生产线停机时间的措施之一就是要降低卷料的更换时间。凭借先进的自动化技术的应用,在德国阿库公司提供的卷料处理送料线上,卷料的更换时间被大大缩短,换卷时间仅在2~5min之间,送料线的生产效率可提高25%以上。在这里,矫平机也是影响整个卷料处理送料线可靠性的一个重要环节。阿库公司生产的最新型开卷矫平送料线“CompactFeed”不仅可以缩短料卷更换时间,而且矫平单元上工作台可打开,便于清洁(图3)。

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图3 板材送料矫平机“CompactFeed ”矫平单元上工作台可打开,易于清洁和快速回卷

如果材料平面度要求较高,通常使用精密矫平机,它们不仅能消除材料纵向卷曲缺陷 ,还能消除横向翘曲和扭曲等缺陷。精密矫平机有9~21个矫平辊、有支撑辊,甚至还有中间辊。中间辊的设置减少了矫平辊的磨损,而磨损的矫平辊会划伤软的材料或抛光过的材料表面。这种结构就是所谓的“六重轧辊”设计。它适用于矫平两面都非常敏感或表面不能划伤的材料,如进行外观产品的矫平。

目前,一些老旧的精密矫平机不能满足当今时代对金属板材质量的高要求,也就意味着老旧的矫平机必将被新一代的精密矫平机所取代。为了避免金属板材表面被粉尘和废屑等异物颗料划伤,新型精密矫平机设计装配有矫平辊快速更换装置。带矫平辊更换装置的矫平机不仅保证了稳定可靠的矫平质量,而且极大地缩短了清洁矫平辊的停机时间。另外,通过更换不同直径的矫平辊,也扩大了产品矫平范围。

第三种矫平机是高性能矫平机,用于材料平面度要求最高的应用领域。此类矫平机的每一个矫平辊均由一组支撑锟从材料进口位置到出口位置全面支撑。每个支撑辊支撑矫平辊的一小部分,下排的支撑辊可上下调整,因此在整个矫平机的宽度范围内,上下矫平辊的间隙可在不同点被控制。对矫平辊进行不同的调整,可以消除如中心凹凸和波浪边的缺陷(图4)。

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图4 高性能的矫平机,用于消除如波浪边和中心凹凸等缺陷

矫平机主要用于以下四种加工领域:冲压送料生产线、卷料预处理送料线、剪板送料线和板材零件的单独矫平。对于板材零件的矫平,矫平材料是平板或零件,而非卷料。当然,加工领域不同,对材料的矫平需求也不同。

适应高强度材料的矫平机

由于在金属钣金工业中高抗拉强度材料的使用日益增加,材料的矫平需要较大的矫平压力。在矫平过程中,较高的矫平压力必将对机床结构及矫平辊产生影响。坚固的机床结构和良好的矫平辊支撑是必不可少的,这对矫平质量的改善及机床的寿命是十分重要的。如果作用在矫平机上的压力很大,就必须设计有效的过载保护来进行机床保护。矫平高强度材料时,需要实施很高的矫平压力在板材上使之变形,这可以通过减小矫平辊间距来实现。这就是为什么新型矫平机会配备工作台调整机构。由于机床设计原因,这是尽可能减小矫平辊间距的唯一手段。

当然,高性能的驱动系统对于矫平效果和矫平效率也非常重要。因此,阿库公司设计开发了驱动矫平辊的新一代驱动系统。其中,其专利设计的EcoPlan驱动系统大大提高了矫平机的整体性能。首先,矫平效率提高了30%,采用EcoPlan驱动系统极大地降低了单个万向轴需要的扭矩,增强了矫平机的性能。其次, EcoPlan驱动系统减小了磨损,从而减小了对材料的不利影响并延长了矫平辊的寿命,均匀的扭矩分配确保了主驱动能得到电子过载保护。

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图5 液压板材零件矫平机“FlatMaster”带矫平辊快速更换装置,保证了对高强度材料零件稳定一致的矫平质量

液压伺服控制系统监控矫平间隙的变化

对于金属板材零件的矫平,最适用的是零件矫平机(图5)。目前,零件矫平机广泛应用于不同的工业加工领域,如汽车制造业、工程机械、电子工业和航空工业。对高强度的零件,如锯片和离合器盘,液压零件矫平机是最好的选择。它们可以施加很大的矫平压力。如果采用机械式矫平机,在矫平过程中,由于机械公差的存在,上下矫平辊之间的间隙将增大。而伺服液压矫平机通过矫平间隙控制装置监测到矫平间隙增大后,通过液压缸施加一个反向作用力来保证矫平间隙的恒定。新型的零件液压矫平机还配备了矫平辊快速更换机构,可以方便地在几分钟内完成矫平辊的清洁和更换,缩短了停机时间,并有助于获得更好的矫平效果。同时,矫平机的控制系统具有参数存储功能,以及简便的用户操作界面,可以更好地服务用户的生产。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (6/1/2010)
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